基于滤波器组多载波的一体化信号设计及处理方法技术

本发明专利技术公开了一种基于滤波器组多载波的一体化信号设计及处理方法，生成滤波器组多载波雷达通信一体化信号，采用ISAR迭代熵算法估计雷达探测目标的运动参数。具体步骤包括：生成滤波器组多载波雷达通信一体化信号；将一体化信号辐射到信道中得到回波信号；处理回波信号中的通信信息；采用ISAR迭代熵算法估计雷达探测目标的运动参数；对回波信号进行多普勒频偏补偿；对探测目标进行雷达成像。本发明专利技术解决了传统OFDM一体化信号中循环前缀占用通信资源，传统SAR成像方法在探测运动目标时雷达成像准确性降低的缺点，提高了雷达成像的准确性，并降低了通信误码率。并降低了通信误码率。并降低了通信误码率。

【技术实现步骤摘要】
基于滤波器组多载波的一体化信号设计及处理方法


[0001]本专利技术属于通信
，更进一步涉及雷达通信
中的一种基于滤波器组多载波的一体化信号设计及处理方法。本专利技术可用于复杂高速多径场景下的雷达通信一体化系统，对通信信息进行传输以及应用于ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar)场景下获取目标雷达信息。

技术介绍

[0002]为了使雷达通信一体化系统能高效地工作，关键在于设计一种使频谱资源得到充分利用的一体化融合信号，以此实现同时雷达和通信功能。典型的一体化信号生成方法是利用通信信号来实现雷达功能，常用的通信信号是OFDM(Orthogonal
‑
Frequency Division Multiplexing)信号，但是信号中循环前缀的引入将会带来一系列的问题，在时延较大的复杂多径场景下，通信性能不佳，因此需要一种兼备良好雷达与通信性能的信号完成一体化系统的构建。
[0003]电子科技大学在其申请的专利文献“一种基于OFDM载波联合优化的通信雷达一体化系统”(申请号201910025384.5，申请公布号CN 109688082 A)中公开了一种基于OFDM载波联合优化的通信雷达一体化系统的设计及处理方法。该方法是在传统的OFDM系统基础上，利用数据符号与和随机相位序列根据数据带宽比进行局部保留波形设计。该专利技术引入部分保留循环前缀算法，能够在保持通信系统自身性能的前提下，灵活的分配带宽，并有效的降低PAPR(Peak to Average Power Ratio)，提高频谱利用率。但是，该方法仍然存在的不足之处是，在保留循环前缀后，不仅通信系统的资源将被CP(Cyclic Prefix)占用，而且在复杂环境中时延较大的场景下，CP的长度往往不能满足用来抵消多径的影响，从而导致子载波不再正交，接收端难以对通信信号进行准确的解调，造成较高的误码率。
[0004]西安电子科技大学在其申请的专利文献“一种基于FBMC的雷达通信一体化波形生成方法”(申请号202011074161.7，申请公布号CN 112363132 A)中公开了一种基于FBMC的雷达通信信号共享波形的设计方法。该方法采用FBMC信号作为雷达通信一体化信号，解决了现有OFDM雷达通信一体化技术中循环前缀对探测能力产生影响的问题和有限发射功率约束下自适应功率分配的问题，在雷达接收端采用合成孔径雷达SAR(Synthetic Aperture Radar)成像技术获取目标雷达信息，能够对静止目标进行准确的成像。但是，该方法仍然存在的不足之处是，SAR成像技术主要应用于对静止目标的成像，因此无法获取运动目标的速度信息，运动目标带来的多普勒效应难以被补偿，导致雷达探测的准确性降低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于滤波器组多载波的一体化信号设计及处理方法，用于解决传统OFDM信号中循环前缀占据通信系统资源，子载波不正交，接收端难以对通信信号进行准确的解调，导致较高的误码率的问题，以及SAR成像技术无法获取运动目标的速度信息，运动目标带来的多普勒效应难以被补偿的问题。
[0006]实现本专利技术目的的具体思路是，本专利技术在设计基于滤波器组多载波的一体化信号时，采用滤波器组多载波FBMC信号作为雷达通信一体化信号，完成雷达成像与通信的功能，由于FBMC信号不包含循环前缀，因此避免了传统OFDM信号中循环前缀占用通信资源的问题。本专利技术在处理基于滤波器组多载波的一体化信号时，在传输过程中利用雷达信号作为导频对信道进行估计，在对雷达信号的信道估计结果插值后得到通信信号的信道估计结果，实现信道均衡，确保了子载波的正交性，改善了峰值旁瓣比、积分旁瓣比和通信误码率等指标，解决了传统OFDM信号通信误码率较高的问题。本专利技术在处理基于滤波器组多载波的一体化信号时，对目标进行雷达成像时采用ISAR成像算法，对运动目标的速度和加速度进行估计，用估计的参数来补偿运动目标产生的多普勒频移，解决了SAR成像算法对运动目标雷达探测准确性较低的问题。
[0007]本专利技术设计基于滤波器组多载波的一体化信号的具体步骤包括如下：
[0008]步骤1，生成与选取滤波器的阶数K相应的PHYDAYS滤波器组，计算PHYDYAS滤波器组在每个采样时刻的幅值，K的取值由待设计的一体化信号子载波间旁瓣的幅值选取；
[0009]步骤2，按照下式，计算滤波器组多载波雷达通信一体化信号在每个采样时刻的幅值：
[0010][0011]其中，S(t2)表示滤波器组多载波雷达通信一体化信号在第t2个采样时刻的幅值，t2的取值与t1对应相等，Re(
·
)表示取实部操作，M表示滤波器组多载波信号子载波的总数，k表示滤波器组多载波信号子载波的序号，X
k
表示滤波器组多载波雷达通信一体化信号中的经过OQAM(Offset Quadrature Amplitude Modulation)调制的通信信息在第k个子载波上的调制复权重，p(t1)表示PHYDYAS滤波器组在第t1个采样时刻的幅值，exp(
·
)表示以自然数e为底的指数操作，j表示虚数单位符号，f
k
表示滤波器组多载波雷达通信一体化信号中第k个子载波的中心频率。
[0012]本专利技术对设计的基于滤波器组多载波的一体化信号进行处理的具体步骤包括如下：
[0013]步骤1，获取探测目标反射后的回波信号：
[0014]步骤1.1，将设计的滤波器组多载波一体化信号辐射到信道模型的每条路径的信道中；
[0015]步骤1.2，计算信道模型在每条路径的信道中每个采样时刻的值，将所有通道每个采样时刻的值叠加后得到探测目标反射后的回波信号；
[0016]步骤2，处理回波信号中的通信信息：
[0017]步骤2.1，在雷达接收端对回波信号进行符号同步；
[0018]步骤2.2，对符号同步后回波信号子载波含有的通信信号进行采样，得到采样后的通信信号；
[0019]步骤2.3，采用载波校正算法，对每个采样后的通信信号进行处理，得到该采样点的载波频率偏差CFO值；
[0020]步骤2.4，用每个采样点的CFO值更新该采样后通信信号的载波频率，得到不含有偏移频率的校正后的通信信号；
[0021]步骤2.5，利用雷达信号的先验信息对信道响应进行估计，并对携带通信信息的回波信号插值后得到通信信号的信道响应估计结果，实现信道均衡；
[0022]步骤2.6，将均衡后的通信信号解映射后再进行信道解码，得到原始通信信息；
[0023]步骤3，采用ISAR迭代熵算法估计雷达探测目标的运动参数：
[0024]步骤3.1，按照下式，计算雷达信号探测到的目标回波信号的功率归一化图像矩阵：
[0025][0026]其中，表示被雷达探测到的目标回波信号功率归一化矩阵，I表示被雷达探测目标的ISAR图像矩阵，该矩阵是由采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于滤波器组多载波的一体化信号设计方法，其特征在于，根据滤波器的阶数K生成相应的PHYDAYS滤波器组并计算一体化信号在每个采样时刻的幅值；该信号设计方法的步骤包括如下：步骤1，生成与选取滤波器的阶数K相应的PHYDAYS滤波器组，计算PHYDYAS滤波器组在每个采样时刻的幅值，K的取值由待设计的一体化信号子载波间旁瓣的幅值选取；步骤2，按照下式，计算滤波器组多载波雷达通信一体化信号在每个采样时刻的幅值：其中，S(t2)表示滤波器组多载波雷达通信一体化信号在第t2个采样时刻的幅值，t2的取值与t1对应相等，Re(
·
)表示取实部操作，M表示滤波器组多载波信号子载波的总数，k表示滤波器组多载波信号子载波的序号，X
k
表示滤波器组多载波雷达通信一体化信号中的经过OQAM(Offset Quadrature Amplitude Modulation)调制的通信信息在第k个子载波上的调制复权重，p(t1)表示PHYDYAS滤波器组在第t1个采样时刻的幅值，exp(
·
)表示以自然数e为底的指数操作，j表示虚数单位符号，f
k
表示滤波器组多载波雷达通信一体化信号中第k个子载波的中心频率。2.根据权利要求1所述的基于滤波器组多载波的一体化信号设计方法，其特征在于，步骤1中所述的计算PHYDYAS滤波器组在每个采样时刻的幅值是由下式得到的：其中，p(t1)表示PHYDYAS滤波器组在第t1个采样时刻的幅值，K表示滤波器的阶数，i表示滤波器阶数的序号，l的取值与滤波器阶数序号i对应相等，b
i
表示第i阶滤波器的滤波器系数，cos(
·
)表示余弦函数，π表示圆周率，T0表示与滤波器组多载波信号周期T取值相等的时间缩放参数。3.根据权利要求1所述设计信号的一种基于滤波器组多载波的一体化信号处理方法，其特征在于，分别处理设计的发射信号在雷达接收端回波信号中通信信息及雷达信息,利用ISAR迭代熵算法估计雷达探测目标的运动参数并对探测目标进行雷达成像；该处理方法的步骤包括如下：步骤1，获取探测目标反射后的回波信号：步骤1.1，将设计的滤波器组多载波一体化信号辐射到信道模型的每条路径的信道中；步骤1.2，计算信道模型在每条路径的信道中每个采样时刻的值，将所有通道每个采样时刻的值叠加后得到探测目标反射后的回波信号；步骤2，处理回波信号中的通信信息：步骤2.1，在雷达接收端对回波信号进行符号同步；步骤2.2，对符号同步后回波信号子载波含有的通信信号进行采样，得到采样后的通信信号；步骤2.3，采用载波校正算法，对每个采样后的通信信号进行处理，得到该采样点的载波频率偏差CFO值；
步骤2.4，用每个采样点的CFO值更新该采样后通信信号的载波频率，得到不含有偏移频率的校正后的通信信号；步骤2.5，利用雷达信号的先验信息对信道响应进行估计，并对携带通信信息的回波信号插值后得到通信信号的信道响应估计结果，实现信道均衡；步骤2.6，将均衡后的通信信号解映射后再进行信道解码，得到原始通信信息；步骤3，采用ISAR迭代熵算法估计雷达探测目标的运动参数：步骤3.1，按照下式，计算雷达信号探测到的目标回波信号的功率归一化图像矩阵：其中，表示被雷达探测到的目标回波信号功率归一化矩阵，I表示被雷达探测目标的ISAR图像矩阵，该矩阵是由采用RD(Range Doppler)成像算法，对回波信号进行处理得到的，I'表示对矩阵I中每个元素值平方后得到的矩阵，M表示矩阵I中行的总数，N表示矩阵I中列的总数，m表示矩阵I中行的序号，n表示矩阵I中列的序号，|
·
|表示取绝对值操作，I
m,n
表示矩阵I中第m行，第n列的元素值；步骤3.2，按照下式，计算被雷达探测到的目标ISAR图像矩阵的图像熵：其中，IE表示被雷达探测到的目标ISAR图像矩阵的图像熵，ln(<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘高高，李鹏，莫英男，杨文博，孔磊，何梓昂，周峰，武斌，秦国栋，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：